漲斷連桿精鏜大小頭孔工序工裝優化設計研究

高志華，潘春生，劉 旸

(1.河南工業職業技術學院機械工程學院，河南 南陽 473000) (2.臥龍電氣南陽防爆集團股份有限公司，河南 南陽 473000)

連桿是汽車發動機的重要傳動部件，主要負責對曲軸、活塞進行連接，需要承擔彎曲、壓縮以及拉伸等交變載荷，其對發動機正常運轉極為關鍵[1]。漲斷連桿加工技術屬于國際最新連桿加工技術。與傳統加工方式相比，漲斷加工方式具有加工工序少，設備及人工成本低，體、蓋斷裂面結合質量高，綜合生產成本低的優點，且連桿抗剪能力以及承載能力提升顯著，該技術為發動機高質量生產提供了保障[2-3]，已逐漸代替傳統的平切連桿加工技術成為市場主流。

目前多數連桿加工企業正在進行著生產轉型，逐漸以柔性自動化生產線代替傳統的專機生產線，以適應漲斷連桿的加工，因此需要對傳統加工工藝進行整合優化，以達到減少加工工序、提高加工效率的目的。本文以連桿加工中的重要工序——精鏜大小頭孔工序為例，提出一種穩定性好、適應性強且更為經濟合理的加工方案。

1 連桿精鏜大小頭孔工序的主要加工技術要求

連桿作為汽車的5大關鍵件之一，其加工質量對發動機的安全穩定運行起著至關重要的作用。連桿的部分關鍵尺寸公差、幾何公差等級需要達到IT6級，圖1所示為某發動機的漲斷連桿簡圖。

圖1 某發動機漲斷連桿簡圖

由圖可知，該連桿的關鍵控制尺寸如下：連桿中心距尺寸公差為0.025 mm；連桿大頭孔徑尺寸公差為0.015 mm；小頭孔徑尺寸公差為0.008 mm；大、小頭孔圓柱度公差為0.005 mm；大頭孔中心軸線對大頭端面的垂直度公差為0.03/100 mm，大頭孔內存在兩個長15 mm、寬2.0 mm、深1.9 mm的瓦片槽；大頭孔倒角深度(0.75±0.1) mm，小頭孔倒角深度(0.3±0.1) mm。

2 連桿大小頭孔傳統工裝設計方法

連桿工件在漲斷裝配后，其大小頭孔的傳統加工工藝流程為：半精鏜大小頭孔—銑瓦片槽—精鏜大小頭孔—大頭孔倒角—小頭孔倒角—銑小頭斜面—珩磨大頭孔—珩磨小頭孔—成品檢驗。

由此可見,傳統工藝流程中連桿在裝配后工序較多，帶來了設備成本和人工成本的增加，而且工件多次裝夾易出現重復定位誤差，增大了工件報廢風險，所以整體加工效率偏低，廢品率高。

在連桿加工工藝流程中，精鏜大小頭孔工序是連桿加工的關鍵工序，該工序的加工質量直接影響產品的成品質量，該工序的質量監控點為：兩孔中心距尺寸，大小頭孔的水平方向和垂直方向的平行度要求，大小頭孔的直徑尺寸。

傳統加工工藝中，精鏜大小頭孔工序一般在單面金剛鏜床上完成，該工序的工裝如圖2所示。連桿在裝夾時，大小頭孔端面貼著夾具墊板2放至需夾緊位置，小頭孔穿入小頭定位芯棒11，大頭端一側通過大頭支撐銷9定位，另一側通過大頭壓緊機構3輔助壓緊，然后通過拉桿5和拉桿螺母8使夾具壓板4壓緊工件，工件壓緊后抽出小頭定位芯棒，工件完成夾緊。

但該夾具在加工時只能進行單件生產，生產過程需要頻繁裝夾，易造成夾具墊板2及夾具壓板4定位點磨損，從而造成產品大頭孔端面垂直度和兩孔平行度超差，且夾具修磨、調整比較繁瑣，需將夾具墊板、壓板修磨后，反復調整夾具體1、夾具墊板2和支撐柱14，才能滿足產品工藝要求，同時由于該工序加工過程中不使用切削液，因此在加工后夾具支撐點及墊板定位點處所粘得的鐵屑及灰塵不易清理干凈，以上因素造成該工序產品穩定性差，產品不合格率偏高。

1—夾具體;2—夾具墊板;3—大頭壓緊機構;4—夾具壓板;5—拉桿;6—導向柱;7—墊板固定螺母;8—拉桿螺母;9—大頭支撐銷;10—支撐定位塊;11—小頭定位芯棒;12,13—鎖緊螺母;14—支撐柱圖2 傳統工裝夾具圖

該工序是整個連桿生產的瓶頸工序和重點監控工序，因此需要對該工序傳統工裝進行優化改進，以達到既能提高產品質量，又能最大限度減少加工工序的目的，從而降低生產成本，提高產品的加工效率。

3 連桿大小頭孔傳統工裝優化設計

3.1 工裝方案設計

通過對漲斷連桿裝配后5個工序的優化組合，制定了一種更為合理的加工方案，擬采用立式加工中心一次裝夾完成裝配后的5個工序的加工，優化后加工流程可簡化為：半精鏜大頭孔—銑瓦片槽—精鏜大小頭孔及大小頭孔倒角—銑小頭斜面—珩磨大頭孔—珩磨小頭孔—綜合檢驗。

由上述加工流程可見，優化后將半精鏜大頭孔、銑瓦片槽、精鏜大小頭孔及大小頭孔倒角合并在一個工序內完成。同時為更好地保證大頭孔圓柱度公差要求，該工序內將銑瓦片槽安排在半精鏜大頭孔后、精鏜前進行加工；考慮到小頭孔為定位孔，且小頭孔內鑲有銅套，質地偏軟，將小頭孔加工安排在精鏜大頭孔前。因此該工序內6個工步的加工順序為：半精鏜大頭孔—銑瓦片槽—精鏜小頭孔—精鏜大頭孔—大頭孔雙面倒角—小頭孔雙面倒角。

3.2 工裝定位、夾緊結構方案確定

根據連桿結構和加工特性，工件在裝配后，大頭孔需在已粗加工的基礎上再經過半精、精加工，加工余量為1.2 mm，并且需要經過銑槽加工，小頭孔內鑲有銅套，加工余量為0.5 mm。根據加工要求分析，工件定位需要限制工件的6個自由度，同時綜合考慮工件定位的穩定性和方便工件裝夾，工裝定位采用一面兩銷的定位結構[4]，即使用已精磨后的端面做主要定位基準，小頭孔使用彈性圓柱銷、大頭孔使用菱形銷完成工件定位，主壓緊采用90°旋轉液壓裝置[5]。

考慮到工件夾緊后需要進行鏜孔加工和孔內倒角加工，定位銷完成定位后需退回一定距離，以保證鏜孔及雙面倒角的加工空間，因此該夾具將大、小頭定位銷通過連接柱同氣缸相連，以完成定位銷的伸出定位和退回。夾具平面定位支撐方式采用三點支撐，其中在大頭端面布置2個支撐點，小頭端面布置1個支撐點，支撐點位置同主壓緊位置相同；在夾具安裝、調試完成后，通過設備自身對3個支撐點進行銑平面加工，以保證加工工件的水平平行度、垂直平行度及端面垂直度要求。定位夾緊機構如圖3所示。

由圖可知工件在裝夾時，打開定位氣缸開關，小頭定位銷8及大頭菱形銷13伸出，將工件大小頭孔牢固地套在定位銷上，打開液壓夾緊開關，工件通過旋轉液壓缸5，將工件壓緊，關閉定位氣缸，定位銷退出，工件裝夾完成。

工裝局部布局如圖4所示。由于實際生產需要，工裝要求有更大的兼容性，以適應不同型號的產品，因此將工裝定位板設計成分體結構，即工件大頭孔和小頭孔定位裝置布置在兩塊獨立的墊板上，其中將大頭墊板做成可調節的活動板，即圖4中的大頭調節板，大頭調節板同夾具支撐板21(見圖3)之間使用導向滑鍵定位導向，這樣在切換產品時只需要更換調整塊11、小頭定位銷8和大頭菱形銷13(見圖3)便可以完成，大大縮短了產品切換、調整時間。

1—小頭定位氣缸；2—小頭固定板；3—小頭導向套；4—小頭連接 軸柱；5—旋轉液壓缸；6—工件；7—小頭壓板；8—小頭定位銷；9— 小頭支撐塊；10—小頭固定座；11—調整塊；12—大頭固定座；13— 大頭菱形銷；14—大頭壓板；15—大頭支撐塊；16—大頭緊定螺栓；17—大頭連接柱；18—大頭導向套；19—大頭調節板；20—大頭定 位氣缸；21—夾具支撐板；22—夾具固定底板圖3 連桿定位夾緊機構設計

圖4 工裝局部布局圖

4 工裝加工制造過程中的關鍵要素

工裝的小頭固定板2和大頭調節板的加工質量是保證該工裝精度的重點，因為該工裝上不僅存在眾多的安裝孔系和液壓油路，而且要保證在產品切換時各定位孔的相對位置不變，因此需要將兩塊板經時效處理后對兩塊板進行半精加工，并以板的一側面為基準面進行精加工，然后將其固定在夾具支撐板21上，并反復測量、調整兩板和支撐板的裝配精度直至滿足要求。在工裝本體裝配完成后，再使用加工中心對小頭固定板2和大頭調節板的安裝基準面進行第二次精加工，然后對所有安裝孔系一次加工完成，利用設備自身精度來保證各安裝孔的相對位置及精度要求，避免上、下墊板單獨加工時出現基準不統一帶來的組裝困難和產品切換時的調整困難。

5 結束語

本文通過對精鏜大小頭孔工序工裝的優化改進，在一個工序內完成了多個傳統工序的加工，解決了原工裝穩定性差、調整不便的問題，提高了產品質量，降低了綜合成本，縮短了產品調整時間，提高了生產效率。

工裝實際應用統計表明，1年來產品的廢品率由原來的0.04%降為0.02%，產品綜合成本降低了3%，產品切換周期縮短了40%，優勢明顯，說明本文提出的加工方案是一種值得推廣的方案。